(57)【要約】【課題】高速化が求められた場合であっても充分な耐久性を有する定着ベルトを提供する。【解決手段】ポリイミド樹脂層と金属層とが積層されてなるベルト基材を有する定着ベルトであって、該ポリイミド樹脂層を形成するポリイミドのイミド化率が９５％以上とすることにより、定着ベルトに求められる熱伝導性や定着に必要なニップ幅を満足することが可能でありながら、将来求められる高速条件であっても格段に長い寿命を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリイミド樹脂層と金属層とが積層されてなるベルト基材を有する定着ベルトであって、該ポリイミド樹脂層を形成するポリイミドのイミド化率が９５％以上であることを特徴とする定着ベルト。
【請求項２】
ポリイミド樹脂層と金属層とが積層されてなるベルト基材を有する定着ベルトであって、
ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が１０（μｍ）≦Ｄｐ≦３０（μｍ）の範囲であるときに金属層の厚さＤｎ（μｍ）が
２５（μｍ）≦Ｄｎ≦Ｄｐ／２＋２５（μｍ）
を満足する範囲であって、ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が３０（μｍ）≦Ｄｐ≦４０（μｍ）の範囲であるときに金属層の厚さＤｎ（μｍ）が
２５（μｍ）≦Ｄｎ≦７０−Ｄｐ（μｍ）
を満足する範囲であることを特徴とする定着ベルト。
【請求項３】
ポリイミド樹脂層と金属層とが積層されてなるベルト基材を有する定着ベルトであって、該ポリイミド樹脂層を形成するポリイミドのイミド化率が９５％以上であり、かつ、ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が１０（μｍ）≦Ｄｐ≦３０（μｍ）の範囲であるときに金属層の厚さＤｎ（μｍ）が
２５（μｍ）≦Ｄｎ≦Ｄｐ／２＋２５（μｍ）
を満足する範囲であって、ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が３０（μｍ）≦Ｄｐ≦４０（μｍ）の範囲であるときに金属層の厚さＤｎ（μｍ）が
２５（μｍ）≦Ｄｎ≦７０−Ｄｐ（μｍ）
を満足する範囲であることを特徴とする定着ベルト。
【請求項４】
上記金属層の厚さが２５μｍ以上３５μｍ以下、ポリイミド樹脂層の厚さが２０μｍ以上３０μｍ以下であり、かつ、金属層の厚さとポリイミド樹脂層の厚さとの和が４５μｍ以上６５μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の定着ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体上の未定着トナーを圧熱融着して記録媒体上に定着させるための定着ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真装置用定着装置には、従来、いわゆる加熱ローラ方式が多く用いられてきた。しかし、最近は省エネルギーの観点から、定着ベルトを用いるベルト定着方式が用いられるようになった。
【０００３】
このようなベルト定着方式の定着装置の例として特開２００３−５７９８１公報（特許文献１）記載の定着装置について図６を用いて説明する。
【０００４】
図６は定着ユニットＵの各ローラに垂直な面でのモデル断面図である。この定着ユニットＵでは、芯金部ＲCとその外周に取り付けられた弾性体ＲRとから形成される定着ローラＲ1と定着ニップ部を画像等の定着に適した温度に加熱するための加熱ローラＲ2との間に定着ベルトＢfが張設されている。
【０００５】
加熱ローラＲ2は、図示しない、ばね等からなる張力付与手段によって上方に付勢されているので、定着ベルトＢfには適切なテンションが付与されている。定着ベルトＢfの定着ローラＲ1外周部に位置する部分には、下方から画像等の定着に適した圧力で加圧ローラＲ3が当接し、これら定着ベルトＢfと加圧ローラＲ3との間の定着ニップ部に供給された未定着トナー画像が定着される。
【０００６】
このような定着装置で用いられる定着ベルト用ベルト基材としては、ニッケルやステンレスなどの金属からなる金属ベルト基材、あるいは、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの樹脂からなる樹脂ベルト基材が多く用いられている。
【０００７】
しかしながら、今後求められることが予想される、さらなる高速化への対応について検討すると、金属ベルト基材を用いた場合にはフレキシブル性が低く硬いので容易に破断してしまうこと、耐久性のために厚さを厚くすると必要なニップ幅が得られなくなって定着ベルトとしての機能が発揮できなくなることが予想される。
【０００８】
一方、樹脂ベルト基材を用いた場合には、高速化に対応するためにより高い耐久性が必要となり、それのために厚膜化をはかると熱伝導性が低くなって、結果としてウォーミングアップタイムが遅くなったり、定着に必要な熱供給量が不足したり、あるいは、消費エネルギーが大きくなったりすることが予想される。
【０００９】
これら両者の欠点を補うものとして、ポリイミドなどの樹脂ベルトに金属層を設けた複合ベルト基材が注目されている。このような複合ベルト基材では、金属層によって樹脂ベルト基材の有する熱伝導性の低さが解決できるが、金属層の存在によってポリイミドベルト基材のフレキシブル性が損なわれるおそれがある。
【００１０】
特開２００１−３４１２３１公報では、従動式の金属層とポリイミド樹脂層との積層フィルムを基材とした定着フィルムにおいて、加熱・加圧下での使用耐久性に優れた定着フィルムを得るために、そのポリイミド樹脂層をイミド化率が７０〜９３％のポリイミド樹脂から形成することが提案されている。
【００１１】
しかしながら、この技術を一般に引張荷重下で用いられる定着ベルトに応用したところ、高速運転を行ったときに充分な耐久性が得られないことが判った。
【特許文献１】特開２００３−５７９８１公報
【特許文献２】特開２００１−３４１２３１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記した従来の問題点を改善する、すなわち、熱伝導が良好で、かつ、高速化が求められた場合であっても充分な耐久性を有する定着ベルトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の定着ベルトは上記課題を解決するため、請求項１に記載の通り、ポリイミド樹脂層と金属層とが積層されてなるベルト基材を有する定着ベルトであって、該ポリイミド樹脂層を形成するポリイミドのイミド化率が９５％以上である構成を有する。
【００１４】
本発明の定着ベルトは上記課題を解決するため、請求項２に記載の通り、ポリイミド樹脂層と金属層とが積層されてなるベルト基材を有する定着ベルトであって、ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が１０（μｍ）≦Ｄｐ≦３０（μｍ）の範囲であるときに金属層の厚さＤｎ（μｍ）が２５（μｍ）≦Ｄｎ≦Ｄｐ／２＋２５（μｍ）を満足する範囲であって、ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が３０（μｍ）≦Ｄｐ≦４０（μｍ）の範囲であるときに金属層の厚さＤｎ（μｍ）が２５（μｍ）≦Ｄｎ≦７０−Ｄｐ（μｍ）を満足する範囲である構成を有する。
【００１５】
本発明の定着ベルトは上記課題を解決するため、請求項３に記載の通り、ポリイミド樹脂層と金属層とが積層されてなるベルト基材を有する定着ベルトであって、該ポリイミド樹脂層を形成するポリイミドのイミド化率が９５％以上であり、かつ、ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が１０（μｍ）≦Ｄｐ≦３０（μｍ）の範囲であるときに金属層の厚さＤｎ（μｍ）が２５（μｍ）≦Ｄｎ≦Ｄｐ／２＋２５（μｍ）を満足する範囲であって、ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が３０（μｍ）≦Ｄｐ≦４０（μｍ）の範囲であるときに金属層の厚さＤｎ（μｍ）が２５（μｍ）≦Ｄｎ≦７０−Ｄｐ（μｍ）を満足する範囲である構成を有する。
【００１６】
このとき、上記金属層の厚さが２５μｍ以上３５μｍ以下、ポリイミド樹脂層の厚さが２０μｍ以上３０μｍ以下であり、かつ、金属層の厚さとポリイミド樹脂層の厚さとの和が４５μｍ以上６５μｍ以下であると、特に優れた耐久性が得られる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の定着ベルトは将来求められる高速化の際にも耐久性を維持しながら各層の厚さを薄くすることが可能となるので、充分なニップ幅が確保でき、このときポリイミド樹脂製の樹脂ベルトに比して格段に高い熱伝導性を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の定着ベルトはポリイミド樹脂層と金属層とが積層されてなるベルト基材を有する定着ベルトであって、該ポリイミド樹脂層を形成するポリイミドのイミド化率が９５％以上である構成を有する。
【００１９】
ここで、金属としては、従来から定着ベルト用金属として用いてきたものをそのまま用いることができる。一般的にはニッケル、ニッケル合金が用いられ、例えば、特開平７−１８７１００号公報で提案されているニッケル・マンガン合金を用いることもできる。
【００２０】
ここで、定着ベルトの形状としては、無端のシート状形状であることが望ましいが、ここで、無端形状の金属層は、例えば、ニッケル等の目的金属を電析することができる公知の電解浴を用いて、ステンレス鋼製などの母型を陰極とする電鋳法により得ることができる。
【００２１】
電鋳により得られた電鋳体の側端部を切り離したのちに母型から脱離させ、洗浄、乾燥、機械加工等を経て所望の形状寸法を有する金属層を得ることができるが、さらに必要に応じて熱処理を加えることにより硬度の調整を行うこともできる。
【００２２】
金属層の厚さは、加工性、熱伝導性、熱容量等の熱的性質、可撓性、寸法安定性、強度等の機械的性質などのバランスの面から、２５〜５０μｍの範囲にあることが好ましい。
【００２３】
このようにして得られた金属層の内面にポリイミド樹脂層を形成し定着ベルト用ベルト基材とする。具体的にはポリイミドの前駆体を有する溶液やゲル（ポリイミド前駆体ワニス）を金属層に塗布した後、後述する所定のイミド化率となるよう加熱処理することによりイミド化反応によりポリイミド樹脂層が形成される。ここで、ポリイミド前駆体ワニスとしては東レ社、宇部興産社等から様々なものが市販されている。
【００２４】
また、ベルト基材の上記以外の製造方法としては、例えば、円筒金型を用いてポリイミド樹脂層を円筒形に形成し、次いでその外側面に化学めっき、あるいは、化学めっきと電気めっきとを組み合わせるなどのめっき法によって金属層を形成してベルト基材とする方法などが挙げられる。
【００２５】
ポリイミド樹脂層の厚さは、加工性、熱伝導性、熱容量等の熱的性質、可撓性、寸法安定性、強度等の機械的性質などのバランスの面から、５〜５０μｍの範囲にあることが好ましい。
【００２６】
ここで、ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が１０（μｍ）≦Ｄｐ≦４０（μｍ）の範囲であって、そのうち、ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が１０（μｍ）≦Ｄｐ≦３０（μｍ）の範囲であるときには金属層の厚さＤｎ（μｍ）が２５（μｍ）≦Ｄｎ≦Ｄｐ／２＋２５（μｍ）を満足する範囲であって、ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が３０（μｍ）≦Ｄｐ≦４０（μｍ）の範囲であるときには金属層の厚さＤｎ（μｍ）が２５（μｍ）≦Ｄｎ≦７０−Ｄｐ（μｍ）を満足する範囲（図１で斜線ハッチングで示された範囲（境界線上を含む））で高い耐久性が得られるので好ましい。
【００２７】
さらに、金属層の厚さＤｎ（μｍ）が２５μｍ以上３５μｍ以下、ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が２０μｍ以上３０μｍ以下で、かつ、金属層の厚さＤｎとポリイミド樹脂層の厚さＤｐとの和は４５μｍ以上６５μｍ以下の範囲（図１で交差斜線ハッチングで示された範囲（境界線上を含む））であると、特に優れた耐久性が得られるのでより好ましい。
【００２８】
本発明ではポリイミド樹脂層を形成するポリイミドのイミド化率が９５％以上であることが好ましい。イミド化率が９５％未満であると充分な耐久性が得られないことがある。
【００２９】
ここで本発明のイミド化率について説明する。ポリイミドは、芳香族酸二無水物と芳香族ジアミンとの脱水閉環反応により形成されるが、本発明におけるポリイミドのイミド化率は、実際に生成したイミド環の量と完全に反応が完結したときのイミド環の量との比である。
【００３０】
まず、樹脂中のベンゼン環の量は反応の前後で不変であるため、樹脂表面のＦＴＩＲによる赤外吸収スペクトルにおけるベンゼン環の骨格振動に基づく１５１０ｃｍ-1付近のピークの吸光度を基準とし、このベンゼン環のピークに対するイミド酸のＣ＝Ｏ振動に基づく１７２１ｃｍ-1付近のピークの吸光度から強度比を下記式（ｉ）で求める。
【００３１】
【数１】
2005121975.tif 000003
【００３２】
このようにして求めた強度比の、同じ樹脂をイミド化進行が終了するまで加熱処理したときの強度比を１００％としたときの比率を本発明におけるイミド化率とした。
【００３３】
上記のポリイミド形成におけるイミド化進行終了は次のようにして判定した。ポリイミド前駆体ワニスを、最終形状が厚さ２０μｍのフィルム形状となるように保ちながら、昇温速度を５℃／分とし、最終加熱処理温度を１５０℃から３５０℃までの１０℃ごとのそれぞれの温度として、それら最終加熱処理温度で６０分間保持する加熱処理を行ったときの、上記で定義される強度比をそれぞれ調べ、ある温度での加熱処理を行った樹脂の強度比と、その処理温度より１０℃低い加熱処理での樹脂の強度比との差が１％以下となったときにイミド化進行が終了したと判定した。
【００３４】
ここで、東レ社製のポリイミド前駆体ワニス（商品名：トレニース＃３０００  以下「ワニスＡ」と云う。これにより得られるポリイミドの構造を下記に構造式Ｉとして示す）の加熱処理温度と強度比（１７１０ｃｍ-1での吸光度／１５１０ｃｍ-1での吸光度）との関係を図２に、宇部興産社製ポリイミド前駆体ワニス（商品名：ユーピレックス  以下「ワニスＢ」と云う。これにより得られるポリイミドの構造を下記に構造式ＩＩとして示す）での加熱処理温度と強度比（１７１０ｃｍ-1での吸光度／１５５０ｃｍ-1での吸光度）との関係を図３に、それぞれ示し、さらに、ワニスＡ及びＢを２００、２２０、２５０、３００及び３５０℃における加熱処理を行ったときのイミド化率を表１に示す。なお、これらは島津製作所社製ＦＴ−ＩＲ４２００を用い、ＡＴＲ反射法による測定の結果から求めたものである。
【００３５】
【化１】
2005121975.tif 000004
【００３６】
【化２】
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【００３７】
【表１】
2005121975.tif 000006
【００３８】
図２及び図３における横軸は加熱処理温度、縦軸は上記方法で判定したイミド化進行が終了したと判定されたときの強度比を１００％としたときの強度比である。また、図２、図３及び表１においては３５０℃までの結果しか示していないが、ワニスＡあるいはワニスＢを４００℃での温度で処理したときの強度比も共に１００％であった。
【００３９】
本発明の定着ベルトは、上記のようにしてポリイミド樹脂層と金属層とが積層されてなるベルト基体の表面に、通常の定着ベルト同様に、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂等の耐熱性と非粘着性とを有する材料からなる離型層を常法によって設けることによって形成される。
【００４０】
ここで、本発明に係る定着ベルトの断面の一例について図４にモデル的に示す。図中符号１を付して示したのが金属層で、金属層１の一方の面（内面側）にポリイミド樹脂層２が積層され、これら２金属層１及びポリイミド樹脂層１とで定着ベルト用ベルト基材が形成され、該ベルト基材の金属層１の他方の面（外面側）にはシリコーンゴム層３を介してＰＦＡ（四ふっ化エチレンとパーフルオロアルコキシエチレンとの共重合体）層４が設けられている。
【実施例】
【００４１】
以下に本発明の定着ベルトの実施例について具体的に説明する。
［ベルト基材の作製（ワニスＡでの検討）］
電鋳により、幅が５ｍｍ、直径が３４ｍｍで、厚さのみが３０μｍと５０μｍと異なる２種類のニッケル製無端ベルト（金属層）を数個ずつ作製した。
【００４２】
ポリイミド前駆体ワニスであるワニスＡ（東レ社製、商品名：トレニース＃３０００）をこれら無端ベルトの内側に塗布し、最終加熱温度が２２０℃あるいは３５０℃として加熱処理を行った。このとき、それぞれのワニス塗布量を調整し、ポリイミド樹脂層の厚さが１４μｍあるいは５０μｍと異なる種類のものをそれぞれ作製した。
【００４３】
［ベルト基材の評価］
上記で作製したベルト基材は次のようにして評価した。すなわち、図５に示すように共に直径が１０ｍｍの回転軸が固定されたローラＲａと、回転軸が固定されていないローラＲｂとの間に評価するベルト基材Ｂを張設し、３ｋｇの重さのおもりＷと滑車Ｐを用いてローラＲｂに２９．４Ｎの荷重を与えることによりベルト基材Ｂに張力を与えながら、ローラＲａを３６００ｒｐｍで回転させた。このとき、回転開始後４００分までのベルト基材Ｂの耐久性を評価し、破断の有無、あるいは、破断した場合には破断に至るまでの耐久時間をしらべた。結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】
2005121975.tif 000007
【００４５】
表２より、いずれの条件においてもポリイミド樹脂層のイミド化率が１００％である基材の方がイミド化率が８２％の基材よりも長い寿命であることが判る。特に、イミド化率が１００％、金属層厚さが３０μｍで、ポリイミド樹脂層の厚さが５０μｍのベルト基材は極めて長寿命であることが判る。
【００４６】
［ニッケル層およびポリイミド樹脂層の厚さの検討（ワニスＡでの検討）］
上記同様にして、ただし電鋳条件を変えて厚さのみを２５、３０、３５あるいは４０μｍに変えたニッケル製の金属無端ベルトを数個ずつ作製した。このとき厚さが２５μｍ未満の無端ベルトについてはその後の加工が困難であるため以降の検討は行わなかった。
【００４７】
これらの金属無端ベルトのそれぞれの内側にワニスＡを塗布し、最終加熱温度を３５０℃として、ベルト基材を得た。このとき、塗布量を変化させてポリイミド樹脂層の厚さが１０、２０、３０あるいは４０μｍのものをそれぞれ得た。
【００４８】
これらベルト基材の寿命について、ポリイミド樹脂層を設けなかったニッケル無端ベルトのみでの結果とともに、上記同様に耐久性について検討した。
【００４９】
このときの耐久時間が１０００分以上であった場合を極めて長寿命であるとして「○」と、５００分以上１０００分以下であった場合には充分な耐久性があるとして「△」と、５００分未満を耐久性が不充分であるとして「×」と、それぞれ評価した。評価結果を実際の耐久時間の値（単位：分）とともに表３に示す。
【００５０】
【表３】
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【００５１】
表３より、本発明に係るベルト基材では従来技術に係る金属製ベルト基材に比べ、優れた耐久性を有することが判る。
【００５２】
ここで、ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が１０（μｍ）≦Ｄｐ≦３０（μｍ）の範囲であるときには金属層の厚さＤｎ（μｍ）が２５（μｍ）≦Ｄｎ≦Ｄｐ／２＋２５（μｍ）を満足する範囲であって、ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が３０（μｍ）≦Ｄｐ≦４０（μｍ）の範囲であるときには金属層の厚さＤｎ（μｍ）が２５（μｍ）≦Ｄｎ≦７０−Ｄｐ（μｍ）を満足する範囲（図１で斜線ハッチングで示された範囲（境界線上を含む））で充分に高い耐久性が得られることが判る。
【００５３】
さらに、金属層の厚さＤｎ（μｍ）が２５μｍ以上３５μｍ以下、ポリイミド樹脂層の厚さＤｐ（μｍ）が２０μｍ以上３０μｍ以下で、かつ、金属層の厚さＤｎとポリイミド樹脂層の厚さＤｐとの和は４５μｍ以上６５μｍ以下の範囲（図１で交差斜線ハッチングで示された範囲（境界線上を含む））であると、特に長寿命となることが判る。
【００５４】
［ワニスＢによる検討］
上記同様に、ただしワニスＡの代わりにワニスＢを用いて検討を行った。厚さが２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、あるいは、４０μｍのニッケル電鋳ベルトを用いその内周側にワニスＢを、最終的なポリイミド樹脂層厚さが３０μｍとなるように塗布し、熱処理によりポリイミド樹脂層のイミド化率を１００％とした、ニッケル層とポリイミド樹脂層とが積層されてなるベルト基材を得た。これらのベルト基材について上記同様の耐久試験を行った。結果を表４に示す。
【００５５】
【表４】
2005121975.tif 000009
【００５６】
ワニスＢを用いた場合であっても、樹脂層厚さが３０μｍのときに、ニッケル層の厚さが２５μｍ以上４０μｍ以下の範囲で充分な耐久性が得られ、さらにニッケル層の厚さが２５μｍ以上３５μｍ以下の範囲で特に長寿命となることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の定着ベルトは、定着ベルトに求められる熱伝導性や定着に必要なニップ幅を満足することが可能でありながら、将来求められる高速条件であっても格段に長い寿命を有する優れた定着ベルトである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】ニッケル層の厚さとポリイミド樹脂層の厚さとにおいて特に高い効果が得られる範囲を示したグラフである。
【図２】ワニスＡの加熱処理と強度比の関係を示す図である。
【図３】ワニスＢの加熱処理と強度比の関係を示す図である。
【図４】本発明に係る定着ベルトの一例の断面を示すモデル図である。
【図５】実施例でベルト基材を評価するために用いた評価装置を示すモデル図である。
【図６】特開２００３−５７９８１公報記載の定着ベルト方式の定着装置の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  金属層
２  ポリイミド樹脂層
３  シリコーンゴム層
４  ＰＦＡ層
Ｒａ、Ｒｂ    ローラ
Ｂ  被評価ベルト基材
Ｗ  おもり
Ｐ  滑車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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